Une expérience avec un drone révèle une qualité de l'air inquiétante dans la ville la plus polluée d'Ukraine

Ville la plus peuplée d'Ukraine, Kiev est souvent aussi la plus polluée, selon un récent rapport de l'indice sur la qualité de l'air et la pollution dans les villes. Cela signifie inévitablement une moins bonne qualité de vie pour les habitants de la ville et pour les acheteurs qui souhaitent y vivre.

Pour tenter de mesurer la qualité de l'air pour les complexes résidentiels existants et futurs, le constructeur ukrainien Lun et l'entreprise d'UAV DroneUA se sont associés afin de mener une expérience par drone, avec un Matrice 300 RTK DJI équipé de capteurs de gaz.

L'équipe de DroneUA explique que l'expérience avait pour but de mesurer le niveau de concentration de monoxyde de carbone (CO) et de dioxyde d'azote (NO₂) autour des tours d'habitation situées à proximité d'intersections très fréquentées. L'autre objectif était de vérifier si la qualité de l'air s'améliore bien avec l'altitude.

Selon le Central Geophysical Observatory, les concentrations mensuelles moyennes de Kiev en monoxyde de carbone en septembre 2020 n'avaient pas dépassé les niveaux recommandés. En revanche, les concentrations de dioxyde d'azote étaient trois fois supérieures à ces niveaux.

Ces chiffres peuvent néanmoins fluctuer en fonction de l'altitude à laquelle ces mesures sont effectuées. Nous ne disposons donc peut-être pas d'informations précises sur la présence de polluants toxiques dans l'espace vertical d'un bâtiment.

Cela signifie-t-il forcément que la qualité de l'air est différente entre le rez-de-chaussée et l'étage le plus élevé ? De plus, la qualité de l'air à des altitudes supérieures est-elle toujours meilleure ?

Pour répondre à ces questions qui intéressent des résidents potentiels de Kiev, Lun et DroneUA ont choisi de concentrer leur recherche sur Odessa, une zone urbaine dense dénuée de parcs, avec une intersection très fréquentée, des tours d'habitation récentes et anciennes, et un grand espace vert à proximité.

Le Matrice 300 RTK, doté du Sniffer 4D V2 pour détecter les polluants en hauteur 

Pourquoi utiliser des drones pour mesurer la qualité de l'air

Suite à leur passé de « hobby » de niche, les drones ont parcouru un long chemin et sont désormais un outil essentiel, qui révolutionne les méthodes de travail dans quasiment tous les secteurs industriels.

Dans cette étude de cas en particulier, où les mesures ont été prises en rez-de-chaussée ou au niveau du toit, il n'existait tout simplement pas d'autre solution permettant de montrer la répartition verticale des polluants. L'option la plus proche, comme l'a indiqué DroneUA, aurait été d'utiliser un ballon sonde, qui est inefficace à basse altitude.

S'inspirant de l'utilisation répandue de la technologie des UAV en Chine, où la gestion de la qualité de l'air est effectuée régulièrement, l'Ukraine a commencé il y a peu à utiliser des drones pour rassembler les données appropriées, qu'il était impossible d'obtenir auparavant.

Les drones peuvent en fait effectuer un vol stationnaire sur un point spécifique pendant une plus longue durée. Cela permet de réaliser des mesures plus exactes et précises, essentielles pour générer des cartes de concentrations en gaz ou pour identifier la source de pollution dans les zones industrielles.

Enfin, le fait de pouvoir planifier une mission de recherche grâce à des vols automatisés élimine tout facteur humain potentiel qui pourrait affecter les résultats. C'est pour cela que Lun et DroneUA ont décidé d'opter pour des drones dans le cadre de cette mission spécifique.

Mais comme pour tout le reste, le fait de s'appuyer sur les drones pour mesurer la qualité de l'air dans les zones densément peuplées s'accompagne de son lot de défis, comme la présence de câbles, de poteaux, d'arbres ou de tours de télécommunications.

C'est pourquoi il est extrêmement important de choisir la plateforme adaptée pour réussir une mission.

Le Matrice 300 RTK, en vol stationnaire, permet au Sniffer 4D V2 de recueillir des données hautement précises sur les concentrations en gaz.

Principaux avantages du Matrice 300 RTK

Les drones constituent sans aucun doute la solution la plus efficace pour les inspections industrielles, dont la mesure de la qualité de l'air. Mais, pour effectuer des mesures dans le quartier très peuplé d'Odessa, le Matrice 300 RTK a été la plateforme de choix pour Lun et DroneUA, pour des raisons très spécifiques :

• Ses capteurs omnidirectionnels peuvent avertir le pilote d'un danger imminent et éviter que le drone n'entre en collision avec des obstacles. À d'autres occasions, ils se sont révélés utiles pour naviguer dans des espaces difficiles de nuit, en toute sécurité.
• La polyvalence des nacelles-caméras s'est révélée être la fonctionnalité la plus utile pour les nombreuses tâches du groupe de recherche, qui devait fréquemment en changer. 
• Le système de transmission de haute qualité OcuSync Enterprise leur a permis de garder le contrôle sur le drone en permanence, et de manière générale, dans toutes les situations.
• Le temps de vol de 55 minutes a été essentiel pour recueillir les données sans interruption, avec de longs intervalles entre les changements de batterie. 
• La capacité de levage de 2,7 kg maximum a permis à l'équipe de travailler avec un système de capteur de gaz Sniffer 4D V2 monté sur le drone, pouvant analyser des zones étendues et analyser instantanément la contamination. Le Sniffer 4D V2 n'est que l'une des nombreuses nacelles-caméras tierces compatibles avec le M300 RTK. 
• Bien que toutes ses fonctionnalités d'étanchéité améliorées, avec un indice IP45, n'aient pas été nécessaires pour cette opération en particulier, elles constituent clairement l'un des avantages les plus appréciés par les équipes, à tout moment de l'année.

Planification, flux de travail et résultats

Une fois la zone d'intérêt identifiée et sélectionnée, en plus de la ligne de fréquence, de l'altitude, de la vitesse et de la durée du vol stationnaire sur des zones spécifiques, le vol automatique a été défini, et seules quelques rares interventions manuelles ont été nécessaires.

Techniciens de DroneUA en train de préparer la trajectoire de vol automatisée du drone

1. Respecter les restrictions locales en matière de vol dans toutes les zones concernées et obtenir toutes les autorisations nécessaires au début de l'étape de planification.
2. Inspecter fréquemment les capteurs d'analyse de gaz et les remplacer en temps voulu et si nécessaire.
3. Ne jamais désactiver les capteurs d'obstacle.
4. Selon le type d'analyseur de gaz, s'assurer qu'une connexion Internet fiable et de bonne qualité est toujours disponible.

Le Sniffer 4D V2 à bord du M300 RTK, prêts pour le vol

Le Sniffer 4D V2 est l'un des systèmes d'analyse de gaz les plus avancés sur le marché. Il peut analyser et identifier plusieurs gaz présents dans l'air en temps réel et créer une image 3D pour montrer leur répartition à un endroit donné. Pour Lun et DroneUA, il était essentiel de comprendre comment varient les niveaux de pollution selon la hauteur et la proximité avec d'autres sources de pollution à proximité, comme les routes très fréquentées.

Monoxyde de carbone

• Hauteur : la plus forte concentration de CO a été détectée à 30-80 mètres du sol, ce qui correspond au 25e étage.
• Longueur : la deuxième concentration la plus forte a été détectée à proximité des feux de signalisation. En effet, c'est à l'accélération qu'une voiture émet le plus de polluants toxiques.

Dioxyde d'azote

De même que pour le CO, plus nous sommes proches des voitures et de leur zone d'accélération, comme les feux de signalisation ou les intersections, plus la concentration en NO2 est élevée.

En conclusion, le test confirme que le niveau de pollution complet dépend non seulement de l'altitude, mais aussi de la hauteur (c'est-à-dire, le nombre d'étages) des bâtiments environnants, et de la proximité avec des routes et des feux de signalisation, où l'accélération des voitures relâche davantage de CO et de NO2 dans l'air.

Les villes et communautés durables restant un point important dans les Objectifs de développement durable 2030, le gouvernement ukrainien s'appuie désormais sur les drones pour la gestion des gaz dans l'air et pour des missions officielles visant à contrôler les émissions dans les zones industrielles.